基于風雨和光混合發電的智能調光路燈系統

◎首都師范大學附屬濱州中學 姚龍皓

一、發明背景

我發現，夜間車流量少的城郊路段通常燈火通明，造成了資源浪費，而由于供電不便，在夜間，一些鄉村道路沒有燈照明，行車不安全。為了充分利用可再生能源，我決定設計基于風雨和光混合發電的智能調光路燈系統。

二、設計思路

圖1 設計流程圖

綜合利用風能、太陽能、雨能，為照明路燈提供能量。以單片機為控制核心，在進入城郊路段前設置傳感器，通過監測路上車輛經過情況來調節路燈亮度。但需要保證混合發電系統的發電穩定性和高效性，把握車輛運動狀況的監測精準度。

三、作品結構

基于風雨和光混合發電的智能調光路燈系統模型由兩大部分構成：風雨和光混合發電模型、智能調光路燈模型。

（一）風雨和光混合發電模型

1.風雨混合發電裝置

圖2 風雨發電葉片

風雨混合發電裝置由改良的風雨發電葉片和發電機構成，發電電壓范圍為0～24 V。實驗最大功率達到80 W，最大電流達到200 mA。

2.太陽能發電裝置

太陽能發電裝置由兩塊太陽能電池板構成，最大電壓為5 V，最大發電功率為1 W，最大發電電流為200 mA。

3.蓄電裝置

可充電鋰電池電壓為3.7 V，容量為2000 mAh。

（二）智能調光路燈模型

1.發光裝置

發光二極管的直徑為3 mm，電壓為1.8～2.0 V，具有壽命長、耐沖擊、防震動、無紫外和紅外輻射、低電壓下工作安全等特點。單個發光二極管功率低，為獲得大功率，需要多個并聯使用。

LED燈的電壓為3 V，功率為0.06 W，工作電流為20 mA。

2.單片機控制系統

單片機控制系統由單片機和超聲波測距模塊等構成。

以STC89C52單片機作為控制核心。單片機是典型的嵌入式微控制器，可以控制多個模塊。

超聲波測距模塊安裝在進入城郊路段前的地方，用來監測車輛是否到達，當感應到車輛到達后會將信息傳送給控制中心。

圖3 作品實物圖

四、運行方式

風或雨驅動風雨發電葉片運動，發電機將動能轉化為電能儲存在蓄電裝置中。同時，太陽能電池板將太陽能轉化成的電能也存在蓄電裝置中，為路燈供電。

當行人進入裝有基于風雨和光混合發電的智能調光路燈系統的路段時，路燈的亮度僅供行人照明使用，可節省能源。

當車輛進入這一路段時，超聲波測距模塊感應到車輛到達，將此信息傳送給控制中心，控制中心接收信息后將路燈亮度調至最大。當超聲波測距模塊感應到車輛離開且無車輛再進入該路段時，控制中心則將路燈亮度調至最小。

五、創新點

風能、雨能、太陽能為智能調光路燈系統進行全天候綜合供電，綠色環保，環境適應性強，擺脫了電源線的束縛，可系統解決遠距離輸電的電力損耗問題。

智能調光技術依據車流量自動調節路燈照明亮度，既能滿足日常照明需求，又可節約能源。同時，路燈平臺日常維護方便、成本低。